4.9 站场区域阴极保护
4.9.1 站场管道的防腐层
由于站场内管道（图4-16）复杂，接地众多，加之管道防腐等级低、质量差，站内管道腐蚀穿孔的事故频频发生。
图4-16 站场管道
双组分液态无溶剂环氧是一种较好的埋地管道防腐涂料，但该涂料对于管道表面的预处理要求高，要达到近白级，施工质量受环境及温度影响较大，低温时施工困难，施工人员经常用溶剂稀释，破坏了无溶剂环氧的性能。夏天施工时，涂层易被蚊蝇破坏（可以在环氧外表面覆盖一层保鲜膜，避免蚊蝇、灰尘与涂层接触）。当构件表面有潮气时，环氧涂料容易分层，处于水环境下，水分会进入剥离的涂层。
因此，防腐层质量难以保证。部分站场埋地管道采用冷缠胶带防腐层，由于其对管道表面预处理要求较低，质量易于保证，收到了不错的保护效果，但其对阴极保护的屏蔽也不能忽视。对于管道防腐层或补口大修，近年来多采用黏弹体加热烤压敏缠带进行修复。由于该材料对管道表面处理要求不高，质量易于保证，收到了较好的效果，但其长期运行记录还有待观察，温度高时不能采用（低于50℃）。
站场阴极保护的难点是管网复杂、接地众多、相互屏蔽，极大地影响了阴极保护电流的分布。将站场管道安装在地面以上或露空的管沟内，仅对个别埋地管段进行热点保护，可以极大地降低阴极保护投资，方便管道的日常管理。为了避免站场内埋地管网的腐蚀，新建站场多数都安装了阴极保护系统，对一些已建的站场也在逐步增加阴极保护。
4.9.2 站场阴极保护设计原则
站场阴极保护受接地网的影响，使得阴极保护电流大（管道5～10mA/m2、接地极10～100mA/m2），电流分布难以均匀，断电电位测量困难。因此，如何布置阳极，成为阴极保护能否成功的关键，一般情况下，应优先采用深井或次深井阳极阴极保护系统。另外，由于接地极接地电阻很小，还会屏蔽其附近埋地管道的阴极保护电流，造成其欠保护，土壤电阻率高时尤为突出，因此，最好对接地极进行隔离。
（1）深井阳极
① 阳极井的深度取决于土壤电阻率及阳极与管网的距离要求（管网处于地电压场之外），深井阳极的布置原则是距离被保护结构距离尽量均匀。如果深井阳极在管网的一侧安装，容易造成距离阳极近的管网获得的保护电流大，发生过保护而距离阳极远的管道获得的保护电流小，欠保护。深井阳极布置得当时，比线性阳极、均布阳极电流分布更为均匀。
② 对于已建站场，因深井阳极安装开挖量少，对站场日常运营干扰小，应优先选用深井阳极。
③ 如果管道接地系统电阻很小或管道附近有钢筋混凝土结构阻挡，会对阴极保护电流产生屏蔽，造成局部管道得不到有效保护，当站场位置土壤电阻率低时，问题更为突出，因此，经常需要辅以浅埋阳极。
④ 深井阳极的电压场范围大，为了避免深井阳极对干线阴极保护的干扰，有时，有必要安装次深井（深度小于15m）。和均布阳极一样，通过提高土壤电位梯度，使被保护结构处于阳极电压场内。
（2）分布式阳极
沿被保护结构分布，阳极间距5～10m，距离被保护管道2～3m；参比电极位置要靠近被保护结构，并考虑阳极电压场的影响，相互协调；由于很多接地极处于分布式阳极电压场内，阳极位置管地电压远大于接地极腐蚀电位，造成大量阴极保护电流流失，阴极保护失效。
（3）线性阳极
沿被保护管道安装，距离管道一般大于0.30m，电流分布比较均匀。但当管网密集时，如果不能做到每两条管道之间都安装线性阳极，或线性阳极没有铺到的管道得不到有效保护。线性阳极易受施工的破坏，对于已建站场，施工困难。线性阳极易与站内接地网短路或靠近，造成大量阴极保护电流流失，阴极保护失效。
（4）管道均压线
因为站场内管道相互连接，共用接地网，之间具有很小的连接电阻，对管道进行均压跨接必要性不大。阴极保护的阴极连线位置对于阴极保护电流分布影响不大，可以选择距离电源设备较近的位置并通过设备的法兰螺栓进行连接或焊接。参比电极要靠近被保护结构安装。由于保护电流很大，一台恒电位仪的输出电流甚至达到几十安培，因此，应安装多个阳极分线箱，对电流进行分散，否则，很难采用可调电阻进行电流调节。
（5）电位测量管
站场内有很多露出地面的管道，因此，除非埋地管道很长，否则，没有必要设置测试桩，因为可以在任何管道露出地面的位置进行电缆连接。最好在管道正上方埋设直径89mm的塑料管，塑料管延伸到地表面，并用细土填充。这样做的目的是为电位测量时提供放置参比电极的位置，减小电位测量中的IR降。由于大多数站场进行了地面硬化或铺设碎石，测量电位时，难以找到放置参比电极位置。这样的做法将方便日后的测量。
（6）站内设备混凝土基础
在管道进入和伸出固定墩处涂覆绝缘层，当管道与设备混凝土基础间隔小于0.5m时，与管道相邻的混凝土基础表面最好也涂覆绝缘层并延伸到地面。
（7）管道干线绝缘接头
进出站场的管道绝缘接头要远离站内结构安装以减轻站场阴极保护对站外管道的影响。一般来讲，绝缘接头两侧的管道会互相产生阴极干扰，及一侧电位负向偏移时，另一侧正向偏移，因此，当一侧的管地电位正向偏移并不能满足阴极保护指标时，要采取排流措施或适当提高其阴极保护电源的输出电流。当提高主管道阴极保护电流时，要注意电流输出提高对整体管道的影响，不能造成离开阴极保护站的管道电位过负。同时也要注意其对站内阴极保护电位的影响。
4.9.3 惰性材料接地极的危害
（1）惰性材料接地极对阴极保护的影响
为了减小接地网对阴极保护电流分布的影响，应避免采用接地模块、铜包钢接地极。一般情况下，这种惰性材料达到-0.85V（CSE）极化电位需要的保护电流密度达到60～100mA/m2。阴极保护电流的需求量主要取决于接地极材料的腐蚀电位和土壤透气性。在缺氧的环境中，铜包钢接地极、硅铁接地极、石墨接地模块及碳钢接地极所消耗的阴极保护电流相近，大约2mA/m2，在通气良好的土壤中，将惰性材料极化到铁的保护电位，电流密度要增大2～3个数量级。所以，用黏土回填接地极将减小对阴极保护的影响。
（2）惰性材料接地极引起的电偶腐蚀
传统的防雷接地设计采用铜包钢或石墨接地模块作为接地材料，铜的电位为-0.20V（CSE），石墨的电位为0.2～0.3V（CSE），钢结构的电位一般在-0.50～-0.65V（CSE）之间，当这种材料与站内结构连接后，由于不同金属之间的电位差，将引起埋地设施的电偶腐蚀。当用扁铁连接接地模块时，扁铁的腐蚀速度很快，往往首先腐蚀断开，使防雷接地系统失效。如图4-17所示，连接扁铁腐蚀断裂。
图4-17 接地模块造成扁铁断裂
（3）惰性材料接地极处理方式
① 接地极通过隔直通交装置与管道连接[1]。当采用惰性材料作接地极或担心接地网会屏蔽阴极保护电流时，在管道与接地网之间安装直流去耦合器（图4-18）、接地电池。这些装置具有通交隔直的功能，可以保证阴极保护电流不会流失，当有故障电流或雷击电流时导通，将电流排入接地极。该做法在美国NEC 250E、ISO 15589-1及国内石油行业区域阴极保护规范中得到允许。由于直流去耦合器及接地电池导通电压较低，不会给人身安全带来危害。火花隙及氧化锌避雷器导通电压较高，要预防其导通前，绝缘部位的打火及人身触电问题。对于大型站场，由于结构自身具有较低的接地电阻，一般不会出现该现象，对于小型结构，如阀室，要注意该问题。由于站内设施本身具有较好的接地，地网隔离不会对静电排放，某些仪表的工作接地甚至故障电流排放产生影响。在防爆区安装时，这些部件要选用防爆型或安装在防爆接线箱内。
图4-18 通过避雷器与接地网连接
② 接地极通过锌接地电池与管道连接。接地电池实际上是用绝缘块隔开的两支锌棒，由于锌棒自身的电位较低，不会漏失太多的阴极保图护电流。一支锌棒与阀头连接，另一支锌棒与接地网连接，如图4-19所示。由于两支锌棒之间有绝缘块隔开，不会造成短路，又由于两支锌棒用特种填料回填，电阻很小，通过接地电池漏失的电流受两支锌棒之间的电位差制约，不会很大。当有雷击或故障电压时，能够及时排放到接地网中。这样，会降低接地极材料对阴极保护产生的不利影响。为了减小与接地极相连的锌棒的腐蚀，可以将接地电池放置在塑料容器内。
图4-19 通过接地电池与接地网连接
4.9.4 牺牲阳极或锌接地极
采用活性材料（如牺牲阳极或锌接地极以及镀锌扁钢等）作为接地材料，电路图见图4-20，只有管地电位低于牺牲阳极开路电位时，牺牲阳极才吸收阴极保护电流，相对于惰性材料接地极将消耗较少的阴极保护电流。但由于站场内阴极保护电位分布很不均匀，尤其是采用浅埋分布式阳极、土壤电阻率高时，距离阳极较近的牺牲阳极接地极或锌接地极处于阳极电压场内或土壤中有较大的IR降，管地电位会超过牺牲阳极的开路电位，造成阴极保护电流沿接地极进入被保护结构并返回电源负极，导致远离阳极或被接地极屏蔽的管道得不到足够的阴极保护电流，达不到充分保护，牺牲阳极用填包料回填后，电流损失更明显，缩小了阳极的保护范围。因此，设计外加电流阴极保护系统时，要充分考虑牺牲阳极接地材料或锌接地极的漏电及对电流分布的影响。不论是采用活泼金属还是惰性金属做接地材料，如果接地极没有和被保护结构做隔离，都要考虑其对阴极保护电流的屏蔽作用。当然，接地极与管道隔离后，有时需要考虑接地极的杂散电流腐蚀问题。深井阳极电流分布均匀，受接地材料屏蔽的程度较轻，在这方面具有优势。
图4-20 活性材料接地极漏电电路图
采用牺牲阳极等活性材料做接地极时，由于断电时牺牲阳极会输出电流且极化程度不一样，测到的断电电位比实际管道极化电位偏负，应采用试片进行测量。
4.9.5 阀室对阴极保护的影响
当阀室同时是阴极保护站时，安装锌阳极，以防止镁阳极电位太低对恒电位仪参比电极的干扰，影响恒电位仪输出，或将参比电极远离阀室安装。
在非阴极保护站阀室，用镁阳极保护镀锌扁铁及角钢接地网。镁接地极电位较低，为-1.55V（CSE），一般不会漏失外加电流阴极保护电流。它既能排除故障电流，又不会对阴极保护系统产生不利影响。
锌阳极或锌包钢接地极要采用含硫酸根离子的填料，如石膏粉以防止锌电位正向偏移。
4.9.6 电动阀执行机构与阀体绝缘
与接地网连接的驱动头与管道绝缘，管道上的任何仪器、仪表都与管道绝缘，可以避免管道与接地网短路，避免阴极保护电流的散失。但要注意电气不连续处可能的打火问题，需要在管道和接地网之间安装直流去耦合器。也可以将所有接地线汇总到一根扁铁上，该扁铁通过直流去耦合器与接地网连接，这样，仪表和管道之间无需绝缘。
4.9.7 站场阴极保护的其他考虑
① 可以另外安装一台恒电位仪，利用干线管道阴极保护地床，为站内提供阴极保护。该方法受不同的地理环境及管道特点影响较大，只有经验丰富的技术人员才能采用，对其有效性还需进一步研究。
② 当站内采用分布式阳极阴极保护时，由于阳极接地电阻很低，分布均匀，是很好的接地极，应研究通过避雷装置连接管道及阳极，高压时，避雷器导通，而平时，由于恒电位仪输出电压远低于避雷器的导通电压，避雷器处于开路状态，不影响阴极保护系统工作。